Задания для самостоятельной работы по модулю 1.

1. Посредством выдвижения и логической проверки гипотез разрешите следующие противоречия:

1.1. Атомное ядро состоит из электрически нейтральных нейтронов и положительно заряженных протонов. Одноименные заряды, как известно, отталкиваются (запишите классическую формулу электростатического закона Кулона, вспомните, какой из законов Ньютона записывается в аналогичной форме).

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

1.2. Объясните, каким образом ядро сохраняет стабильность и высокую плотность. Используйте следующие справочные данные:

– плотность ядра имеет порядок 10¹³ г/см³, что на 11 порядков больше плотности металлов;

– размер атома порядка 10^–8 см, размер ядра – 10^–13 см;

– в природе известно четыре вида фундаментальных взаимодействий: гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое;

– интенсивность фундаментальных взаимодействий убывает от сильного к электромагнитному и далее к слабому и гравитационному в соотношении: 1 : 10^–2 : 10^–8 : 10^–38.

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

Проверьте все возможные гипотезы и найдите единственную логически непротиворечивую. Начните с выдвижения гипотезы общего вида.

2. Волновая теория света утвердилась после успешного объяснения широкого круга световых явлений, в том числе явлений дифракции и интерференции, которые в понятиях корпускулярной теории света не могут быть объяснены.

Объясните:

2.1. Каким образом при интерференции происходит гашение света светом, не нарушается ли при этом закон сохранения энергии.

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

2.2. В чем состоит сходство и в чем – отличие явлений, определяемых явно созвучными терминами «рефракция» и «дифракция».

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

Ответьте на следующие вопросы:

2.3. Какие явления не могут быть объяснены в понятиях волновой теории света?

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

2.4. В чем состоит концепция корпускулярно-волнового дуализма и какой общефилософский закон она отражает?

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

2.5. Какими экспериментами можно осуществить эмпирическую проверку гипотезы о наличии у частиц вещества (например, электронов) волновых свойств?

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

2.6. Действие какого современного прибора основано на использовании волновых свойств электронов?

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

3. В соответствии с классификацией элементарных частиц по их участию в фундаментальных взаимодействиях фотон участвует не только в электромагнитном, но и в гравитационном взаимодействии. Известно также, что масса покоя фотона равна нулю.

Следовательно, если руководствоваться законом всемирного тяготения Ньютона, возникает явное противоречие.

3.1. Разрешите это противоречие, исходя из следующих данных:

– закон всемирного тяготения, точно прогнозируя результат измерения, не вскрывает природы гравитации;

– природу гравитации объясняет общая теория относительности, показывающая, что тяготеющая материя изменяет геометрию пространства-времени.

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

3.2. Объясните, как определяется масса релятивистской частицы.

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

3.3. Почему никакая релятивистская частица, кроме ультрарелятивистского фотона, не может достичь скорости света?

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________